SHS制备复合材料

㈠ 目前金属基复合材料的制备工艺主要有哪些

（一）粉末冶金复合法
粉末冶金复合法基本原理与常规的粉末冶金法相同，包括烧结成形法、烧结制坯加塑法加工成形法等适合于分散强化型复合材料（颗粒强化或纤维强化型复合材料）的制备与成型。粉末冶金复合法的工艺主要优点是：基体金属或合金的成分可自由选择，基体金属与强化颗粒之间不易发生反应；可自由选择强化颗粒的种类、尺寸，还可多种颗粒强化；强化颗粒添加量的范围大；较容易实现颗粒均匀化。缺点是：工艺复杂，成本高；制品形状、尺寸受限制；微细强化颗粒的均匀分散困难；颗粒与基体的界面不如铸造复合材料等。
（二）铸造凝固成型法
铸造凝固成型法是在基体金属处于熔融状态下进行复合。主要方法有搅拌铸造法、液相渗和法和共喷射沉积法等。铸造凝固成型铸造复合材料具有工艺简单化、制品质量好等特点，工业应用较广泛。
1、原生铸造复合法
原生铸造复合法（也称液相接触反应合成技术Liquid Contact Reaction：LCR）是将生产强化颗粒的原料加到熔融基体金属中，利用高温下的化学反应强化相，然后通过浇铸成形。这种工艺的特点是颗粒与基体材料之间的结合状态良好，颗粒细小（0.25～1.5μm），均匀弥散，含量可高达40%，故能获得高性能复合材料。常用的元素粉末有钛、碳、硼等，化合物粉末有Al2O3、TiO2、B2O3等。该方法可用于制备A1基、Mg基、Cu基、Ti基、Fe基、Ni基复合材料，强化相可以是硼化物、碳化物、氮化物等。
2、搅拌铸造法
搅拌铸造法也称掺和铸造法等，是在熔化金属中加入陶瓷颗粒，经均匀搅拌后浇入铸模中获得制品或二次加工坯料，此法易于实现能大批量生成，成本较低。该方法在铝基复合材料的制备方面应用较广，但其主要缺点是基体金属与强化颗粒的组合受限制。原因有两方面：①强化颗粒与熔体基本金属之间容易产生化学反应；②强化颗粒不易均匀分散在铝合金一类的合金熔体中，这是由于陶瓷颗粒与铝合金的润滑性较差，另一个问题是陶瓷颗粒容易与溶质原子一起在枝晶间产生偏析。
3、半固态复合铸造法
半固态复合铸造法是从半固态铸造法发展而来的。通常金属凝固时，初生晶以枝晶方式长大，固相率达0.2%左右时枝晶就形成连续网络骨架，失去宏观流动性。如果在液态金属从液相到固相冷却过程中进行强烈搅拌则使树枝晶网络骨架被打碎而保留分散的颗粒状组织形态，悬浮于剩余液相中，这种颗粒状非枝晶的微组织在固相率达0.5%～0.6%仍具有一定的流变性。液固相共存的半固态合金因具有流变性，可以进行流变铸造；半固态浆液同时具有触变性，可将流变铸锭重新加热到固、液相变点软化，由于压铸时浇口处及型壁的剪切作用，可恢复流变性而充满铸型。强化颗粒或短纤维强化材料加入到受强烈搅拌的半固态合金中，由于半固态浆液球状碎晶粒对添加颗粒的分散和捕捉作用，既防止颗粒的凝聚和偏析，又使颗粒在浆液中均匀分布，改善了润湿性并促进界面的结合。
4、含浸凝固法（MI技术）
含浸凝固法是一种将预先制备的含有较高孔隙率的强化相成形体含浸于熔融基体金属之中，让基体金属浸透预成型体后，使其凝固以制备复合材料的方法。有加压含浸和非加压含浸两种方法。含浸法适合于强化相与熔融基体金属之间润湿性很差的复合材料的制备。强化相含量可高达30%～80%；强化相与熔融金属之间的反应得到抑止，不易产生偏折。但用颗粒作强化相时，预成形体的制备较困难，通常采用晶须、短纤维制备预成形体。熔体金属不易浸透至预成形体的内部，大尺寸复合材料的制备较困难。
5、离心铸造法
广泛应用于空心件铸造成形的离心铸造法，可以通过两次铸造成型法成形双金属层状复合材料，此方法简单，具有成本低、铸件致密度高等优点，但是界面质量不易控制，难以形成连续长尺寸的复合材料。
6、加压凝固铸造法
该法是将金属液浇注铸型后，加压使金属液在压力下凝固。金属从液态到凝固均处于高压下，故能充分浸渗，补缩并防止产生气孔，得到致密铸件。铸、锻相结合的方法又称挤压铸造、液态模锻、锻铸法等。加压凝固铸造法可制备较复杂的MMCs零件，亦可局部增强。由于复合材料易在熔融状态下压力复合，故结合十分牢固，可获得力学性能很高的零件。这种高温下制成的复合坯，二次成型比较方便，可进行各种热处理，达到对材料的多种要求。
7、热浸镀与反向凝固法
热浸镀与反向凝固法都是用来制备连续长尺寸包覆材料的方法。热浸镀主要用于线材的连续镀层，主要控制通过镀层区的长度和芯线通过该区的速度等。反向凝固法是利用薄带作为母带，以一定的拉速穿过反向凝固器，由于母带的速度远远低于熔融金属的速度，在母带的表面附近形成足够大的过冷度，熔融金属以母带表面开始凝固生长，配置在反向凝固器上方的一对轧辊，同时起到拉坯平整和焊合的作用。
8、真空铸造法
真空铸造法是先将连续纤维缠绕在绕线机上，用聚甲丙烯酸等能分解的有机高分子化合物方法制成半固化带，把预成型体放入铸型中，加热到500℃使有机高分子分解。铸型的一端浸入基体金属液，另一端抽真空，将金属液吸入型腔浸透纤维。
（三）喷射成形法
喷射成形又称喷射沉积（Spray Forming），是用惰性气体将金属雾化成微小的液滴，并使之向一定方向喷射，在喷射途中与另一路由惰性气体送出的增强微细颗粒会合，共同喷射沉积在有水冷衬底的平台上，凝固成复合材料。凝固的过程比较复杂，与金属的雾化情况、沉积凝固条件或增强体的送入角有关，过早凝固不能复合，过迟的凝固则使增强体发生上浮下沉而分布不匀。这种方法的优点是工艺快速，金属大范围偏析和晶粒粗化可以得到抑制，避免复合材料发生界面反应，增强体分布均匀。缺点是出现原材料被气流带走和沉积在效应器壁上等现象而损失较大，还有复合材料气孔率以及容易出现的疏松。利用喷射成形原理制备工艺有添加法（inert spray form-ing）和反应法（reactive spray forming）两种。Osprey Metals研究的Osprey工艺是喷射成形法的代表，其强化颗粒与熔融金属接触时间短，界面反应得以有效抑制。反应喷射沉积法是使强化陶瓷颗粒在金属雾或基体中自动生成的方法。
（四）叠层复合法
叠层复合法是先将不同金属板用扩散结合方法复合，然后采用离子溅射或分子束外延方法交替地将不同金属或金属与陶瓷薄层叠合在一起构成金属基复合材料。这种复合材料性能很好，但工艺复杂难以实用化。目前这种材料的应用尚不广泛，过去主要少量应用或试用于航空、航天及其它军用设备上，现在正努力向民用方向转移，特别是在汽车工业上有很好的发展前景。
（五）原位生成复合法
原位生成复合法也称反应合成技术，金属基复合材料的反应合成法是指借助化学反应，在一定条件下在基体金属内原位生成一种或几种热力学稳定的增强相的一种复合方法。这种增强相一般为具有高硬度、高弹性模量和高温强度的陶瓷颗粒，即氧化物、碳化物、氯化物、硼化物、甚至硅化物，它们往往与传统的金属材料，如Al、Mg、Ti、Fe、Cu等金属及其合金，或（NiTi）（、AlTi）等金属间化合物复合，从而得到具有优良性能的结构材料或功能材料。
金属基复合材料的原位复合工艺基本上能克服其它工艺中常出现的一系列问题，如基体与增强体浸润不良、界面反应产生脆性、增强体分布不均匀、对微小的（亚微米和纳米级）增强体极难进行复合等。它作为一种具有突破性的新工艺方法而受到普遍的重视，其中包括直接氧化法、自蔓延法和原位共晶生长法等。
1、直接氧化（DIMON）法
直接氧化法是由氧化性气体在一定工艺条件下使金属合金液直接氧化形成复合材料。通常直接氧化法的温度比较高，添加适量的合金元素如Mg、Si等，可使反应速度加快。这类复合材料的强度、韧性取决于形成粒子的状态和最终显微组织形态。由于形成的增强体可以通过合金化及其反应热力学进行判断，因此可以通过合金化、炉内气氛的控制来制得不同类型增强体的复合材料。
2、放热弥散（XD）法
放热弥散复合技术（Exothermic Dispersion）的基本原理是将增强相反应物料与金属基粉末按一定的比例均匀混合，冷压或热压成型，制成坯块，以一定的加热速率加热，在一定的温度下（通常是高于基体的熔点而低于增强相的熔点）保温，使增强相各组分之间进行放热化学反应，生成增强相。增强相尺寸细小，呈弥散分布。XD技术具有很多优点：①可合成的增强相种类多，包括硼化物、碳化物、硅化物等；②增强相粒子的体积百分比可以通过控制增强相组分物料的比例和含量加以控制；③增强相粒子的大小可以通过调节加热温度加以控制；④可以制备各种MMC；⑤由于反应是在融熔状态下进行，可以进一步近终形成型。XD技术是合成颗粒增强金属基及金属间化合物基复合材料的最有效的工艺之一。但用XD工艺制成的产品存在着较大孔隙度的问题，目前一般采用在反应过程中直接压实来提高致密度。
3、 SHS-铸渗法
SHS-铸渗法是将金属基复合材料的自蔓延高温合成技术（Self-Propagating High Temperature Synthesis）和液态铸造法结合起来的一种新技术，包括增强颗粒的原位合成和铸造成型两个过程。当前，SHS-铸渗法是有竞争力的反应合成工艺之一，但过程控制非常困难。其典型工艺为：利用合金熔体的高温引燃铸型中的固体SHS系，通过控制反应物和生成物的位置，在铸件表面形成复合涂层，它可使SHS材料合成与致密化、铸件的成形与表面涂层的制备同时完成。
4、反应喷射沉积技术（RSD）
反应喷射沉积工艺（Reactive Spray Deposition）生成陶瓷颗粒的反应有气—液反应、液—液反应、固—液反应和加盐反应等多种类型。它综合了快速凝固及粉末冶金的优点，并克服了喷射共沉积工艺中存在的如颗粒与基体接近机械结合、增强相体积分数不能太高等缺点，成为目前金属基复合材料研究的重要方向之一。反应喷射沉积工艺过程为：金属液被雾化前喷入高活性的固体颗粒发生液固反应，导致喷入的颗粒在雾化过程中溶解并与基体中的一种或多种元素反应形成稳定的弥散相，控制喷雾的冷却速率以及随后坯件的冷却速率可以控制弥散相的尺寸。

㈡ 自蔓延高温合成的自蔓延合高温成工艺

常规SHS技术是用瞬间的高温脉冲来局部点燃反应混合物压坯体，随后燃烧波以蔓延的形式传播而合成目的产物的技术。这一技术适用于具有较高放热量的材料体系，例如：TiC-TiB2、TiC-SiC、TiB2-Al2O3、Si3N4-SiC等体系。其特点是设备简单、能耗低、工艺过程快、反应温度高。
热爆SHS技术是将反应混合物压坯整体同时快速加热，使合成反应在整个坯体内同时发生的技术。采用这一技术已制备出的材料主要有各种金属间化合物、含有较多金属相的金属陶瓷复合材料以及具有低放热量的陶瓷复合材料。 SHS烧结法或称SHS自烧结法，即直接完成所需形状和尺寸的材料或物件的合成与烧结，是将粉末或压坯在真空或一定气氛中直接点燃，不加外载，凭自身反应放热进行烧结和致密化。该工艺简单，易于操作，但反应过程中不可避免会有气体溢出，难以完全致密化。即使有液相存在，空隙率也会高达7%-13%。
SHS烧结可采用以下3种方式进行：
（1）在空气中燃烧合成；
（2）将经过预先热处理的混合粉末放在真空反应器内进行合成；
（3）在充有反应气体的高压反应容器内进行合成。 前面提到普通的SHS技术适用于获得疏松多孔的材料或粉末，为了进一步提高材料的密实度，发展了多种自蔓延高温合成材料的合成与致密化同时进行的一体化技术。
常用的SHS致密化技术可归纳为3类：
液相致密化技术、SHS粉末烧结致密化技术、SHS结合压力致密化技术。 SHS焊接是利用SHS反应的放热及其产物来焊接的技术。应用燃烧合成技术，将压制成形的粉末置于被焊材料之间，利用粉末体燃烧合成的高温反应热及合成产物作为填充材料，在压力作用下实现被焊材料之间的连接。加压的目的是为了获得致密性高的焊接接头。
SHS焊接有三个过程：点火、加压、保温。

㈢ 气氛对自蔓延法制备功能材料的影响

自蔓延高温合成法自蔓延高温合成法（self-prepagating high-temprature synthesis，以下简称SHS）作为制备金属回-陶瓷复合材料的新方法答起源于20世纪80 年代，目前在梯度材料制备中应用非常广泛。它是利用本身的化学反应热使材料固结的一种方法，其基础是组元之间的化学反应为放热反应，形成燃烧波能使化学反应自发地维持下去

㈣ 梯度功能材料的制备方法

1.1自蔓延高温合成法
自蔓延高温合成法（self-prepagating high-temprature synthesis，以下简称SHS）作为制备金属-陶瓷复合材料的新方法起源于20世纪80 年代，目前在梯度材料制备中应用非常广泛。它是利用本身的化学反应热使材料固结的一种方法，
其基础是组元之间的化学反应为放热反应，形成燃烧波能使化学反应自发地维持下去。该法具有制备过程简单、反应迅速且能耗少、产品纯度高、反应转化率高等优点，但是，利用SHS法制备金属- 陶瓷复合材料也存在合成产物孔隙率大以及反应过程速度快、温度高，致使陶瓷相的大小和形貌难以控制等不足，如果在材料制备过程中同时施加压力，则可以得到高密度的燃烧产品。李益民等人分别采用无压SHS 法及爆炸固结+SHS两种方法制备了完整的Al2O3系梯度材料。结果表明，用无压SHS法制备的FGM致密度比较低，只有82%，而且材料各个方向收缩率不同，轴向收缩较多，径向收缩不均匀；而采用爆炸
固结+SHS 法制备的FMG的致密度达到94%，制品完整无裂纹。
1.2激光加热合成法
激光是一种受激辐射的特殊光源，经聚焦后可以达到极高的功率密度。20世纪90年代初期，日本学者结成正弘等开创附加温度激光扫描烧结PSZ－Mo系梯度材料的新方法，将激光加工技术引入梯度材料的研究，探讨梯度材料常规烧结技术即炉内恒温烧结法难以解决的不同成分梯度层的烧结温度差异和收缩量差异的重大难题，展示了激光加热源温度梯度烧结无污染、高效率等优点。目前激光在梯度材料制备中的应用还比较少，李克平等人采用激光加热制备了Al2O3系FGM，这是国内首例使用激光加热法烧结梯度材料粉末坯体。
1.3干式喷涂+温度梯度烧结法
A.OTSUKA]等利用该法在Ti基体上制备了Ti/Al2O3梯度涂层。其主要工艺过程是先将一定混合比的,Ti与Al2O3混合粉末放入等离子气体室中，利用高频射流使原料粉末变成超细粒子，然后冷却，使其转化成气溶胶状态喷涂在Ti基体上，通过控制喂料过程中Ti/Al2O3比例的连续变化，得到Ti/Al2O3梯度涂层，然后将所得涂层连同基体一起放入自制的特殊烧结炉中，利用温度梯度烧结。为了控制烧结过程中基体与涂层间收缩率差异，制备过程中在Ti 基体中加入5%左右的Ti-或Zr-的氢化物，使二者收缩达到一致，最终得到了与基体结合良好的致密的Ti/Al2O3梯度涂层。该工艺中运用超细颗粒可以降低制品的烧结温度，得到的梯度涂层结晶细小、良好，使涂层的性能大大提高，但实验过程比较复杂，设备要求高。
1.4颗粒共沉降制备工艺探索
可见，上述Ti/Al2O3系梯度材料现有制备工艺各有利弊，而且都不适合制备大体积以及特异形状的梯度材料。因此，要加快该体系梯度材料的实用化进程，就必须对现有工艺进行改进或者探索材料制备新工艺。对于金属—陶瓷梯度材料来说，即要充分发挥其优越的耐热性能，同时又要大大缓和热应力，就必须使所得梯度材料的成分和组织在厚度方向上尽可能连续变化，以最大限度地缓和热应力。为达到这一要求，作者目前正在探索利用共沉降法制备Ti/Al2O3系梯度材料。
共沉降法制备梯度材料是近年发展起来的一种材料制备新技术，其理论基础就是stokes定律．
球形颗粒在重力作用下的沉降速度与颗粒的大小与密度有关。可以推论，在一定条件下，同种粉末沉降时，颗粒大的沉降快；不同种粉末共沉降时，颗粒度大的，密度大的沉降快。因而，对于给定的2种粉末，通过调整沉降参数和选择合适的粉末特性，就可以控制2种粉末的沉降行为，制备出组分连续分布的梯度材料。利用该方法制备FGM具有设备简单、操作简便、得到的梯度材料成分渐变性更好等许多特点。共沉降法已经成为梯度功能材料领域的一个重要发展方向，到目前为止，在其理论研究，如沉降模型的建立以及实验研究等方面已取得了较大进展，利用该法制备Ti/Al2O3系梯度材料既有理论基础又有实践优势．
1.5 气相沉积法
通过两种气相物质在反应器中均匀混合，在一定条件下发生化学反应，使生成的固相物质在基板上沉积以制备FGM。
然而，材料制备工艺的选取以及制备过程中各项参数的确定都不是随意的，必须建立在对复合体系特性的全面了解和对材料制备工艺、结构形成与性能三者之间关系的深入研究基础之上。
Ti/Al2O3系梯度功能材料是一种具有优良性能及广阔应用前景的超高温耐热材料。目前，对其制备技术及Ti与Al2O3之间的润湿性、界面反应情况有了较多的研究，但是对其界面反应的评价体系、界面反应对润湿性及材料宏观性能的影响，界面反应模型的建立及2相材料同时烧结致密化等方面还缺乏研究，只有对体系界面反应、润湿性的特点和烧结致密化机理等进行全面的认识、研究，才能开发出适宜的制备技术，并通过采用相应的措施控制其显微组织，改善材料的宏观性能，推进Ti/Al2O3系梯度功能材料的实用化进程。
2.2.1干法
周静等人报道了采用等离子喷涂法获得合金基复合梯度润滑涂层。采用梯度化结构使得涂层与基体的结合力明显地提高。
蔡建平等人报道了采用等离子喷涂羟基磷灰石涂层，指出此涂层设计成梯度功能涂层是解决涂层与基体热应力的行之有效的方法之一。目前已在钛合金（Ti6Al14V）基体上成功地制备了等离子喷涂羟基磷灰石梯度功能涂层，在生物医学上得到应用。
2.2.2湿法
电沉积法属于湿法。此方法具有以下优点：1.不需要高温、高压、高真空，因而生产设备简单、投资较少，易操作。2.用电流作还原剂工艺条件易控制，易按梯度化要求进行调整。镀层的组成和结构能有效地控制。从文献的报道可知：用电沉积法可以获得Zn－Fe等梯度功能镀层。有用单一的镀Zn－Fe镀液，通过改变电流密度和镀液流速来改变镀层中的Fe的含量，形成梯度镀层。有的是通过改变各镀槽间的镀液组成和镀液的流速来连续地改变镀层的组成获得Zn－Ni 合金梯度镀层。

㈤ 陶瓷粉里有有机物能用sps烧结吗

SPS----Spark Plasma Sintering 的简称，中文 放电等离子烧结

放电等离子烧结 (SPS)简介

放电等离子烧结 (SPS)是一种快速、低温、节能、环保的材料制备新技术，可用来制备金属、陶瓷、纳米材料、非晶材料、复合材料、梯度材料等。
目前，国内外用SPS制备新材料的研究主要集中在：陶瓷、金属陶瓷、金属间化合物，复合材料纳米材料和功能材料等方面。其中研究最多的是功能材料，它包括热电材料、磁性材料，功能梯度材料，复合功能材料和纳米功能材料等。对SPS制备非晶合金、形状记忆合金、金刚石等也作了尝试，取得了较好的结果。
随着高新技术产业的发展，新型材料特别是新型功能材料的种类和需求量不断增加，材料新的功能呼唤新的制备技术。放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering，简称SPS)是制备功能材料的一种全新技术，它具有升温速度快、烧结时间短、组织结构可控、节能环保等鲜明特点，可用来制备金属材料、陶瓷材料、复合材料，也可用来制备纳米块体材料、非晶块体材料、梯度材料等。
SPS是利用放电等离子体进行烧结的。等离子体是物质在高温或特定激励下的一种物质状态，是除固态、液态和气态以外，物质的第四种状态。等离子体是电离气体，由大量正负带电粒子和中性粒子组成，并表现出集体行为的一种准中性气体
产生等离子体的方法包括加热、放电和光激励等。放电产生的等离子体包括直流放电、射频放电和微波放电等离子体。SPS利用的是直流放电等离子体。
SPS装置主要包括：轴向压力装置；水冷冲头电极；真空腔体；气氛控制系统(真空、氩气)；直流脉冲电源及冷却水、位移测量、温度测量和安全装置等控制单元。
SPS与热压(HP)有相似之处，但加热方式完全不同，它是一种利用通-断直流脉冲电流直接通电烧结的加压烧结法。通-断式直流脉冲电流的主要作用是产生放电等离子体、放电冲击压力、焦耳热和电场扩散作用。SPS烧结时脉冲电流通过粉末颗粒。在SPS烧结过程中，电极通入直流脉冲电流时瞬间产生的放电等离子体，使烧结体内部各个颗粒均匀地自身产生焦耳热并使颗粒表面活化。与自身加热反应合成法(SHS)和微波烧结法类似，SPS是有效利用粉末内部的自身发热作用而进行烧结的。这种放电直接加热法，热效率极高，放电点的弥散分布能够实现均匀加热，因而容易制备出均质、致密、高质量的烧结体。SPS烧结过程可以看作是颗粒放电、导电加热和加压综合作用的结果。除加热和加压这两个促进烧结的因素外，在SPS技术中，颗粒间的有效放电可产生局部高温，可以使表面局部熔化、表面物质剥落；高温等离子的溅射和放电冲击清除了粉末颗粒表面杂质(如去除表层氧化物等)和吸附的气体。电场的作用是加快扩散过程。
SPS的工艺优势十分明显：加热均匀，升温速度快，烧结温度低，烧结时间短，生产效率高，产品组织细小均匀，能保持原材料的自然状态，可以得到高致密度的材料，可以烧结梯度材料以及复杂工件等。与HP和HIP相比，SPS装置操作简单、不需要专门的熟练技术。

㈥ 请教SHS和CHS,HEM是哪国哪种钢材

SHS是高温自蔓延合成技术HEM是自高能球磨法都是象楼上说的制备和加工复合材料时用到的.是钢号标准只类的估计可能性不大!

㈦ 怎样将两种金属粉末进行内外复合模压成型，要怎样装模

金属基复合材料的制备技术班级： 班级：材料 085 学号： 学号：09024431 姓名： 姓名：李培 前言： 前言：金属基复合材料是以金属或合金为基体，并以纤维、晶须、颗粒等为增强 体的复合材料。其特点在力学方面为横向及剪切强度较高，韧性及疲劳等综合力 学性能较好，同时还具有导热、导电、耐磨、热膨胀系数小、阻尼性好、不吸湿、 不老化和无污染等优点。金属基复合材料除了和树脂基复合材料同样具有高强 度、高弹性率外，它能耐高温，同时不易燃、不吸潮、导热导电性好、抗辐射， 是令人注目的复合材料。 关键字：金属基复合材料 1. 金属基复合材料的分类 金属基复合材料按组织形态可分为宏观组合型和微观强化型两类；根据复合 材料基体不同可分为钢基、 铁基、 铝基、 镁基复合材料等； 按增强相形态的 不同可分为颗粒增强复合材料、 晶须或短纤维增强金属复合材料及连续纤维增强 金属基复合材料。 2.金属基复合材料的特点 （1）优点：高比强度和高比模量，耐高温性好，导电导热，热膨胀系数小，尺 寸稳定性好，耐磨性与阻尼性好，不吸湿、不老化、无放气污染 。 （2）缺点：制造困难，难于形成理想的界面，加工困难，价格昂贵。 3.金属基复合材料的制备技术 由于金属材料熔点较高，同时不少金属对增强体表面润湿性很差加上金属原 子在高温状态下很活泼，易与多种增强体发生反应，所以金属基复合材料的复合 工艺比较复杂和困难，这也是金属基复合材料的发展受到制约的主要原因。 3.1 喷射成形法 喷射成形又称喷射沉积 （ Spray Forming） ， 是用惰性气体将金属雾化成 微小的液滴， 并使之向一定方向喷射， 在喷射途中与另一路由惰性气体送出的 分类 特点 制备技术 增强微细颗粒会合， 共同喷射沉积在有水冷衬底的平台上， 凝固成复合材料。 凝固的过程比较复杂， 与金属的雾化情况、 沉积凝固条件或增强体的送入角有 关， 过早凝固不能复合， 过迟的凝固则使增强体发生上浮下沉而分布不匀，这 种方法的优点是工艺快速，金属大范围偏析和晶粒粗化可以得到抑制， 避免复 合材料发生界面反应， 增强体分布均匀。缺点是出现原材料被气流带走和沉积 在效应器壁上等现象而损失较大， 还有复合材料气孔率以及容易出现的疏松。 利用喷 射成 形原 理制 备工艺 有添 加法 （ inert spray form-ing） 和反 应 法 （ reactive spray forming） 两种。Osprey Metals 研究的 Osprey 工艺是喷射成形 法的代表， 其强化颗粒与熔融金属接触时间短， 界面反应得以有效抑制。反应 喷射沉积法是使强化陶瓷颗粒在金属雾或基体中自动生成的方法。Lawly 等人[9] 采用含氧 5%～ 12%的氮气， 将 Fe- Al 〔 ω （ Al） =2%〕 熔雾合金雾化， 使其生成 Al2O3 获得非常细小的 Al2O3 弥散强化铁基复合材料的预成型体。 3.2 铸造凝固成型法 铸造凝固成型法是在基体金属处于熔融状态下进行复合。 主要方法有搅拌铸 造法、 液相渗和法和共喷射沉积法等。铸造凝固成型铸造复合材料具有工艺简 单化、 制品质量好等特点， 工业应用较广泛。 3.2.1 原生铸造复合法 原生铸造复合法 （ 也称液相接触反应合成技术 Liquid Contact Reaction： LCR）是将生产强化颗粒的原料加到熔融基体金属中， 利用高温下的化学反应 强化相， 然后通过浇铸成形。如 TiB 强化铝基复合材料原生复合法的化学反应 式 2B+Ti+Al→TiB2+Al。这种工艺的特点是颗粒与基体材料之间的结合状态良 好，颗粒细小 （ 0.25～1.5?m） 均匀弥散， 含量可高达 40%， 故能获得高 性能复合材料。常用的元素粉末有钛、碳、硼等，化合物粉末有 Al2O3、 TiO2、 B2O3 等。该方法可用于制备 A1 基、 Mg 基、 Cu 基、 Ti 基、 Fe 基、 Ni 基 复合材料。强化相可以是硼化物、 碳化物、 氮化物等。 近年来，哈尔滨工业大学从事接触反应法制备复合材料的研究工作[4]， 已成 功制备了 Al- Si /TiC、 Al- Cu /TiC 和 Al/TiB2 复合材料， 其机械性能优异。 3.2.2 搅拌铸造法 搅拌铸造法也称掺和铸造法等。是在熔化金属中加入陶瓷颗粒，经均匀搅拌 后浇入铸模中获得制品或二次加工坯料， 此法易于实现能大批量生成， 成本较 低。该方法在铝基复合材料的制备方面应用较广，但其主要缺点是基体金属与强 化颗粒的组合受限制。 3.2.3 半固态复合铸造法 半固态复合铸造法是从半固态铸造法发展而来的。通常金属凝固时，初生晶 以枝晶方式长大，固相率达 0.2%左右时枝晶就形成连续网络骨架， 失去宏观流 动性。 如果在液态金属从液相到固相冷却过程中进行强烈搅拌则使树枝晶网络骨 架被打碎而保留分散的颗粒状组织形态， 悬浮于剩余液相中， 这种颗粒状非枝 晶的微组织在固相率达 0.5%～ 0.6%仍具有一定的流变性。液固相共存的半固 态合金因具有流变性， 可以进行流变铸造； 半固态浆液同时具有触变性， 可 将流变铸锭重新加热到固、 液相变点软化， 由于压铸时浇口处及型壁的剪切作 用， 可恢复流变性而充满铸型。强化颗粒或短纤维强化材料加入到受强烈搅拌 的半固态合金中，由于半固态浆液球状碎晶粒对添加颗粒的分散和捕捉作用，既 防止颗粒的凝聚和偏析， 又使颗粒在浆液中均匀分布， 改善了润湿性并促进界 面的结合。[8] 3.2.4 含浸凝固法 （ M I 技术） 含浸凝固法是一种将预先制备的含有较高孔隙率的强化相成形体含浸于熔融 基体金属之中，让基体金属浸透预成型体后， 使其凝固以制备复合材料的方法。 有加压含浸和非加压含浸两种方法。 含浸法适合于强化相与熔融基体金属之间润 湿性很差的复合材料的制备。强化相含量可高达 30%～ 80%； 强化相与熔融 金属之间的反应得到抑止， 不易产生偏折。但用颗粒作强化相时， 预成形体的 制备较困难， 通常采用晶须、 短纤维制备预成形体。熔体金属不易浸透至预成 形体的内部，大尺寸复合材料的制备较困难。 近几年来，含浸凝固技术有了新的发展，美国 Lanxide 公司利用高温下金属 Zr 熔体与 BC4 预成型体之间的定向反应制备出了 Zr-ZrC-Zr 复合材料，并已 在工程上得到应用[7]，Breslin 等人采用 Al 浸渍 SiO2 的预成型体， 制备出了 Al2O3-A1 （ Si） 复合材料， 这种材料中的两相互相穿插、 连续， 并具有某 些特殊的性能被称为 C4 材料。该技术可以制备各种大小部件，强化相的体积比 可达 60%， 工艺较简单， 原料成本低。 3.3 粉末冶金复合法 粉末冶金复合法基本原理与常规的粉末冶金法相同， 包括烧结成形法、 烧 结制坯加塑法加工成形法等。适合于分散强化型复合材料 （ 颗粒强化或纤维强 化型复合材料） 的制备与成型。 该方法在铝基复合材料的制备方面应用较广， 但其主要缺点是基体金属与强化颗粒的组合受限制。 粉末冶金复合法的工艺主要 优点是：基体金属或合金的成分可自由选择，基体金属与强化颗粒之间不易发生 反应； 可自由选择强化颗粒的种类、 尺寸， 还可多种颗粒强化； 强化颗粒添 加量的范围大； 较容易实现颗粒均匀化。但缺点是： 工艺复杂， 成本高； 制 品形状、 尺寸受限制；微细强化颗粒的均匀分散困难；颗粒与基体的界面不如 铸造复合材料等。 3.4 原位生成复合法 原位生成复合法也称反应合成技术[1]， 最早出现于 1967 年前用 SHS 法合成 TiB2 /Cu 功能梯度材料的研究中[2]。 金属基复合材料的反应合成法是指借助化 学反应， 在一定条件下在基体金属内原位生成一种或几种热力学稳定的增强相的 一种复合方法。 这种增强相一般为具有高硬度、高弹性模量和高温强度的陶瓷 颗粒， 即氧化物、 碳化物、氯化物、 硼化物、 甚至硅化物， 它们往往与传 统的金属材料， 如 Al、 Mg、 Ti、 Fe、 Cu 等金属及其合金， 或 （ NiTi） 、 （ AlTi） 等金属间化合物复合，从而得到具有优良性能的结构材料或功能材料 [3] 。 3.4.1 直接氧化 （ DIMON） 法 直接氧化法是由氧化性气体在一定工艺条件下使金属合金液直接氧化形成复 合材料。通常直接氧化法的温度比较高， 添加适量的合金元素如 Mg、 Si 等， 可使反应速度加快。 这类复合材料的强度、 韧性取决于形成粒子的状态和最终 显微组织形态。 由于形成的增强体可以通过合金化及其反应热力学进行判断， 因 此可以通过合金化、 炉内气氛的控制来制得不同类型增强体的复合材料。 3.4.2 放热弥散 （ XD） 法 放热弥散复合技术 （ Exothermic Dispersion） 的基本原理是将增强相反应 物料与金属基粉末按一定的比例均匀混合， 冷压或热压成型， 制成坯块， 以 一定的加热速率加热， 在一定的温度下 （ 通常是高于基体的熔点而低于增强 相的熔点）保温，使增强相各组分之间进行放热化学反应， 生成增强相。增强 相尺寸细小， 呈弥散分布。 3.4.3 SHS-铸渗法 SHS-铸渗法[3] 是将金属基复合材料的自蔓延高温合成技术 （ Self- Propagating High Temperature Synthesis） 和液态铸造法结合起来的一种新技术，包括增强颗 粒的原位合成和铸造成型二个过程。当前， SHS-铸渗法是有竞争力的反应合成 工艺之一， 但过程控制非常困难。 其典型工艺为：利用合金熔体的高温引燃铸型中的固体 SHS 系， 通过控制 反应物和生成物的位置， 在铸件表面形成复合涂层， 它可使 SHS 材料合成与 致密化、 铸件的成形与表面涂层的制备同时完成。潘复生[6]等人将 SHS 技术和 铸渗工艺相结合，制备了颗粒增强的铁基复合材料涂层。在这种工艺中， SHS 过程使基体产生一定数量的增强颗粒， 而随后的熔铸过程则利用高温金属液的 流动，对 SHS 过程中易产生的孔隙进行充填，因此两个过程的综合作用下获得 较为致密的复合材料。 3.4.4 反应喷射沉积技术 （ RSD） 反应喷射沉积工艺 （ Reactive Spray Deposition） 生成陶瓷颗粒的反应有气 -液反应、 液-液反应、 固-液反应和加盐反应等多种类型。它综合了快速凝固 及粉末冶金的优点， 并克服了喷射共沉积工艺中存在的如颗粒与基体接近机械结 合、 增强相体积分数不能太高等缺点， 成为目前金属基复合材料研究的重要方 向之一。 反应喷射沉积工艺过程为：金属液被雾化前喷入高活性的固体颗粒发生液固 反应， 导致喷入的颗粒在雾化过程中溶解并与基体中的一种或多种元素反应形成 稳定的弥散相， 控制喷雾的冷却速率以及随后坯件的冷却速率可以控制弥散相的 尺寸。杨滨等人[5]采用液相接触反应合成技术进行反应合成，然后再进行后续的 雾化喷射沉积成形步骤， 成功地开发出了一种熔铸-原位反应喷射沉积成形颗粒 增强金属基复合材料制备新技术。制备出 TiC/Al- 20Si- 5Fe 复合材料。 3.5 叠层复合法 叠层复合法是先将不同金属板用扩散结合方法复合，然后采用离子溅射或分 子束外延方法交替地将不同金属或金属与陶瓷薄层叠合在一起构成金属基复合 材料。这种复合材料性能很好， 但工艺复杂难以实用化。目前这种材料的应用 尚不广泛，过去主要少量应用或试用于航空、 航天及其它军用设备上， 现在正 努力向民用方向转移， 特别是在汽车工业上有很好的发展前景。 4.结束语 [3] 目前， 我国金属基复合材料的研究、 制备技术与国外先进水平仍有较大 的差距， 许多问题还有待进一步解决，如基础性研究落后、制备技术及工艺的 工业化应用能力差、 制品质量不稳定、 价格高等。 随着现代高科技的迅猛发展， 金属基复合材料已经并将继续大量取代传统材料， 在各个领域发挥更重要的积 极作用。 为此， 我们应大力加强复合材料理论、 制备技术和应用的研究， 加 快科研成果转化生产应用的进程。 参考文献〕 〔 参考文献〕 1995， 〔 1〕 程秀兰， 潘复生.金属复合材料的反应合成技术 〔 J〕 .材料导报， (5):61- 66. 〔 2 〕 吴人洁.金属基复合材料的现状与展望 〔 J〕 .金属学报， 1997， 33(1):78- 82. 〔 3〕 汤爱涛， 汪凌云， 潘复生.金属基复合材料固/液反应制备技术的研究 进展 〔 J〕 .重庆大学学报， 2004， 27 （ 11） : 151- 156. 〔 4〕 陈子勇， 陈玉勇， 安阁英.金属基复合材料的熔体直接反应合成工艺 〔 J〕 .材料导报， 1997， 11(2):62- 63. 〔 5〕 杨滨， 王锋， 黄赞军， 等.喷射沉积成形颗粒增强金属基复合材料制 备技术的发展 〔 J〕 .材料导报， 2001， 15(3):4- 6. 〔 6〕 潘复生， 张静， 陈万志， 丁培道.SHS-铸渗法制备铁基复合材料涂层 〔 J〕 .材料研究学报， 1997， (11):165- 166. 〔 7 〕 BRESLIN M C，RINCNALDA J. A1umina/aluminum co- coHtinu-ous ceramic composite (c4) materials Prouced by solid/1iquid disPlacement reactions:Processing kinetics and cicrostructures 〔 J〕 .Ceram.Eng.Sci.Proc.， 1994， 15(7- 8):104. 〔 8〕 于春田.纤维增强金属的制法及特征 〔 J〕 .铸造， 1995， (7):36- 39. 〔 9〕 鲁云， 马鸣图， 潘复生.先进复合材料 〔 M〕 .北京:机械工业出版 社， 2003. （ 编辑 黄 荻）

㈧ 复合材料翻译 就一句话 3q

包含5%体积分数TiC的块体Ti/Ti3AlC2复合材料通过加压SHS（自蔓延高温合成）制备。

㈨ 放电等离子烧结的SPS在材料制备中的应用

放电等离子烧结技术发展概况
放电等离子烧结技术,其历史可以追溯到20世纪30年代,当时美国科学家就提出了脉冲电流烧结原理。到了1965年,脉冲电流烧结技术才在美、日等国得到应用。1968年日本获得了
专利,但未能解决该技术存在的生产效率低等问题,并没有得到推广应用。在当时该技术被称为电火花烧结技术。1979年我国钢铁研究总院高一平等自主开发研制了国内第一台电火花烧结机,用以批量生产金属陶瓷模具,产生了显著的社会经济效益,并出版了《电火花烧结技术》一书。1988年日本研制出第一台工业型SPS装置,并推广应用于新材料研究领域。1990年以
后,日本推出了可用于工业生产的SPS第三代产品,具有10～100t的烧结压力和5000～ 8000A的脉冲电流。最近又研制出压力达到500t、脉冲电流为25000A的大型SPS装置。
由于SPS技术具有快速、低温、高效率等优点,近几年国内外许多大学和科研机构都相继配备了SPS烧结系统,并利用SPS进行新材料的研究和开发。1998年瑞典购进SPS烧结系
统,对碳化物、氧化物、生物陶瓷等材料进行了较多的研究工作。我国从2000年起,武汉理工大学、北京工业大学、清华大学、北京科技大学、中科院上海硅酸盐所等单位也相继引进了日本制造的SPS设备,开展了用SPS技术制备新材料的研究工作,主要用来烧结纳米材料和陶瓷材料。SPS作为一种材料制备的全新技术,已引起了国内外材料学界的特别关注。